K0结构性黄土的固结特性

黄土在其沉积和存在的整个历史过程中形成独特的天然结构，具有各向异性的结构特性并处于K0固结应力状态。通过精心设计在常规应变控制式三轴仪上实现了K0固结试验，揭示了改变初始K0应力状态对K0结构性黄土固结特性的影响。     

黄土的小形变本构特征及参数研究

常规三轴的CU剪切试验表明,非饱和马兰黄土的应力应变关系呈现出弱软化的特征。从工程应用角度出发,本文给出了一个含有两参数的指数型模型,对比分析表明该模型不仅能很好地描述轴向应变小于15%时的应力应变关系,而且具有模型参数少、容易确定和物理意义明确的优点。进一步研究表明该模型参数均随着非饱和黄土的含水量和围压而呈指数形式变化。     

基于饱和度的湿陷性黄土邓肯-张模型参数变化规律研究

目前,对于黄土邓肯-张本构模型参数与饱和度的相关研究还不够深入,在工程中还没有被广泛应用。针对晋南湿陷性黄土进行固结排水三轴剪切试验,主要研究土体饱和度对邓肯-张模型参数的影响规律。试验结果表明:随着围压的增大,应力-应变曲线由弱硬化型转化为强硬化型,土体体变增大; 模型参数C、、K、G、F、D、Rf均随饱和度的增大而减小,参数n随饱和度的增大而增大,且曲线拟合情况均较好。     

基于一维固结试验的压实黄土蠕变模型

运用高压固结仪对压实黄土进行了长期蠕变试验,试验结果发现,压实黄土有很明显的蠕变变形,蠕变变形占总变形的6%～23%。试样含水率越高,压实度越小,蠕变占总变形的比例也越大,随着应力水平的提高,蠕变占总变形的比例减小。提出了适合描述压实黄土变形规律的非线性经验蠕变模型,结合分层总和法,对此模型进行了验证,并运用此模型,研究了不同含水率、不同压实度下黄土高填方工后沉降的变化规律,发现工后沉降与填料压实度和含水率之间符合对数关系。若以工后沉降速率v < 0.1 mm/d为工后沉降稳定标准,则高填方沉降在工后200～650 d稳定,且压实度越高,含水率越低,沉降稳定需要的时间越长。     

基于三轴试验的黄土K0固结特性研究

静止土压力系数(K₀)是岩土工程中计算侧向土压力的关键参数,原状和重塑黄土的K₀系数在固结过程中的发展规律明显区别于黏土或砂土。为研究围压和初始孔隙比对原状和重塑黄土的K₀系数的影响,采用加装高精度局部径向位移计(LVDT)的应力路径三轴仪开展了K₀固结试验研究,结果表明:(1)重塑黄土的K₀系数受初始孔隙比(e₀)的影响较为明显,当试样的初始孔隙比减小(从0.775变为0.503),其K₀系数的最大降幅为55%;然而原状黄土的K₀系数受有效围压(σ₃′)的影响较为明显,比如在σ₃′ < 350kPa时,K₀系数为0.77~0.85,在σ₃′>350kPa时,K₀系数为0.46~0.51;(2)在固结过程中,原状黄土试样和重塑黄土试样的K₀系数均发生陡降,具体表现为重塑黄土密样(e₀<0.6)的陡降发生在固结的起始阶段,重塑黄土松样(e₀ ≈ 0.77)的陡降发生在有效围压接近100kPa,而原状黄土试样的陡降发生在有效围压为350kPa附近;(3)在相同的有效围压和密度条件下,原状黄土的K₀系数大于重塑黄土。采用核磁共振技术(NMR)获取了重塑和原状黄土的孔隙分布,并辅以试样的超孔隙水压力、排水体积等数据进行了讨论,发现结构性是造成黄土K₀系数差异的主要原因。     

黄土骨干曲线模型比较分析

对饱和重塑黄土进行了一系列不同加载条件下的动三轴试验,研究了对每级荷载应用多个滞回圈构造骨干曲线的方法,该方法可以考虑更多的试验信息,减小试验随机性对模拟曲线的影响。并运用该方法对试验数据采用Hardin-Drnevich模型、修正Hardin-Drnevich模型和Martin-Darvidenkov模型3种不同的骨干曲线模型进行数值模拟,分析了不同的骨干曲线模型对试验数据模拟的准确性和参数敏感性。结果表明,在试验条件变化时Hardin-Drnevich模型并不能总是很好地模拟试验骨干曲线,而且在有些情况下偏离较多。修正Hardin-Drnevich模型和Martin-Darvidenkov模型相比于Hardin-Drnevich模型能更好地模拟试验数据。在对不规则动载下黄土动力反应的数值模拟中,可以考虑用修正Hardin-Drnevich模型和Martin-Darvidenkov模型模拟骨干曲线。考虑到Martin-Darvidenkov模型参数对试验数据相对敏感,因此,建议采用修正Hardin-Drnevich模型模拟骨干曲线。     

二元介质模型对重塑黄土的适用性探讨

为了论述二元介质模型对于重塑黄土的适用性,针对重塑黄土开展了三轴压缩试验,结合轴向应力-应变曲线及试样的破坏形态分析了围压对其受力变形的影响规律,将其受力及破坏的特点与二元介质模型的基本假设进行了对比,指出二元介质模型可以模拟重塑黄土的受力变形规律。在此基础上,根据模型各参数特点建议了参数厘定的基本思路,并通过与试验数据对比验证了厘定思路的有效性。本文建议的参数确定顺序为“胶结元弹性模量→破损率分布→摩擦元参数→局部应变系数”。结果表明,重塑黄土在三轴压缩情况下呈现二元受力状态,二元介质模型可以很好地描述重塑土的应力-应变关系。围压越大,结构破损越快。对于软化型曲线,加载后期摩擦元分担了绝大部分轴向荷载。随着曲线向硬化型过渡,加载后期摩擦元分担的荷载逐渐减小。     

基于反正切函数的西安黄土动本构模型

基于反正切函数曲线,构造了一种新的黄土非线性动力本构模型。选取西安黄土试样进行室内动三轴试验,得到黄土试样的动应力-应变曲线,并以此得到了所提本构模型的理论曲线。理论曲线与试验结果对比表明,较Hardin-Drnevich模型而言,所提西安黄土动本构模型能够更好地描述三轴应力条件下黄土的强度和变形特征。研究结果表明,加载频率与含水率不变时,动剪切模量随围压的增大而增大。加载频率与围压不变时,动剪切模量随含水率的增大而逐渐减小。含水率与围压不变时,动剪切模量随加载频率的增大而增大。     

加筋黄土变形和强度特性的三轴试验研究

用三轴压缩试验方法研究了土工合成材料加筋黄土的应力—应变及强度特性,探讨了在各种不同加筋方式和围压下加筋机理。结果表明,加筋可以增加土体破坏时的轴向应变和土体的抗拉能力,减小土的侧向变形;试验结果发现,并不是加筋层数越多越有利于土体的稳定,而是表现为加筋土的强度与布筋位置和层间距有一定的关系;同时,分析和解释了未加筋土的变形破坏和筋材在土体剪切破坏过程中的阻裂机理。试验研究得出了在土体中部加筋是最经济合理的布筋方式。     

湿陷性黄土结构性变形特性分析

基于结构性黄土应力应变特性认识和大量试验结果的分析,揭示了黄土结构性参数与应变、含水率、固结压力之间的关系,并给出了结构性参数的数学表达式。将该式引入结构性黄土应力应变特性分析,提出了考虑结构性参数的应力-应变关系。分析计算所得的应力-应变关系与试验结果有较好的一致性,说明了原状黄土结构性参数描述的合理性和基于结构性参数应力-应变关系的合理性。     

基于虚内键模型的岩石单轴压缩全过程曲线模拟

利用虚内键模型理论（virtual internal bond model,简称VIB）,由岩石单轴压缩损伤本构方程和虚内键联接法则方程的相似性,提出了岩石单轴压缩破坏的虚内键密度演化函数 ,通过含虚内键密度演化方程的弹性张量 ,实现了岩石单轴压缩应力-应变全过程曲线的数值模拟。数值模拟结果表明,通过参数的合理选取,虚内键模型理论可以模拟不同岩样的全过程曲线。     

基于CGP模型的岩土材料应力-应变曲线拟合

介绍了复杂性理论中的一个重要概念--涌现,同时介绍了一种用于研究复杂系统涌现行为的CGP(constrained generating procedure)模型方法。首次将涌现概念应用于岩土工程,提出基于CGP模型拟合岩土材料应力-应变曲线的新方法。通过算例,说明所提方法可对应力-应变曲线进行成功拟合。     

不同温控曲线对石灰改良黄土强度影响研究

青海季节性冻土地区工程建设受冻融循环作用和黄土湿陷性的双重影响,工程上常采用石灰与黄土拌和作为垫层材料以满足工程要求,但冻融循环作用依旧对地基土体的性能有所影响。为探究青海季节性地区气候变化对地基土所带来的不利影响,采用3种温控曲线（1#、2#和3#温控曲线）模拟了青海季节性冻土地区气候变化规律,通过无侧限抗压强度试验和SEM等微观试验,分析不同温控曲线对2∶8、3∶7灰土强度和微观结构的变化规律。结果表明3∶7和2∶8灰土的应力-应变关系均呈现应变软化型,0~6次冻融过程中试样的无侧限抗压强度随着冻融循环次数的增加逐渐降低,继续增加冻融循环次数后其强度有所上升;冻融循环6次时灰土内部孔隙分布相较于冻融20次时多,且随着冻融循环次数的增加颗粒间接触方式由点-点、点-面接触向面-面接触转变;1#温控曲线的微观定量参数较2#、3#温控曲线变化明显,经历1#曲线时试样内部孔隙更为圆滑,结构排列疏松,1#温控曲线对试样结构和强度的影响程度相对较弱。     

黄土路堑边坡开挖变形机理的离心模型试验研究

利用离心模型试验揭示了黄土路堑边坡在开挖过程中的变形破坏特征,结果表明:开挖前,坡体变形以自重应力作用下的竖向变形为主,开挖后,堑坡坡体中后部土体以垂直向下变形为主,前部土体变形以水平变形为主,而且坡体前部的变形远大于中后部的变形;同时结合变形特征,系统分析了黄土路堑边坡开挖过程中主滑段滑带土的强度变化规律,认为黄土路堑边坡开挖变形破坏的力学机制总体上应属于蠕滑-压致拉裂机制.     

黄土边坡开挖与支护效应的离心模拟试验研究

黄土边坡在开挖卸载过程中的稳定性分析及其防护在边坡工程中占有重要地位。采用西南交通大学土工离心机进行了1组非支护边坡和2组土钉支护边坡的离心模型试验,研究了开挖卸载过程中黄土边坡的变形特性、稳定性变化规律及土钉的加固效应。离心模型试验研究表明,土钉能够显著提高黄土边坡的稳定性。土钉支护的边坡土体,因土钉的锚固效应,边坡的变形范围更大,但变形量较小,最大变形量并不在坡面,而是发生在坡面下的锚固区域内,非支护黄土边坡的潜在滑移面产生于距坡顶约40 cm处,土钉支护后,黄土边坡基本不会发生破坏。对于抵抗边坡发生变形而言,不等长土钉支护的效果要优于等长土钉支护,研究成果为黄土边坡的开挖与防护提供了参考。     

基于强度条件的黄土结构性静力试验研究

土体的结构是其强度、变形的内在决定因素,黄土的结构性由黄土颗粒之间的联结结构强度和摩擦结构强度所决定。由此,提出了基于强度条件的黄土静力结构性参数即联结结构静力强度势参数 、摩擦结构静力强度势参数 以及结构静力强度势参数 ,并通过黄土的三轴试验研究了原状黄土和人工水泥结构性黄土的结构性及基于强度条件的黄土静力结构性参数的变化规律,揭示了含水率、围压、轴向变形对原状黄土和水泥人工结构性黄土结构性的影响。结果表明,原状黄土的含水率越小,其结构性越强,结构破坏后土体强度损失越大;黄土结构的损伤破坏主要发生在小应变阶段。并对所提出的基于强度条件的黄土静力结构性参数的合理性进行了讨论。     

UH模型对粗颗粒土适用性验证及土石坝工程应用

对3种粗颗粒土进行了常规三轴CD试验、K₀压缩试验和等应力比路径试验,根据三轴试验数据标定UH(unified hardening,统一硬化)模型的参数,然后模拟另外两种路径下的应力-应变关系,并与邓肯E-B模型进行比较。结果表明:UH模型能合理地描述不同应力路径下粗颗粒土的力学特性,而邓肯E-B模型的预测结果则较差,验证了UH模型对粗颗粒土的适用性。最后利用UH模型对某心墙堆石坝进行了应力变形三维有限元分析,并将计算结果与邓肯E-B模型及现场监测值进行比较。对比显示:在坝体变形和应力的定性分布规律上,UH模型的计算结果与邓肯E-B模型基本一致;而在定量上,UH模型得到的坝体变形总体上更接近现场监测值,验证了UH模型在土石坝工程中的适用性和合理性。     

不排水条件下砾石土的应变率效应

为研究应变率对砾石土应力、应变、强度特性的影响和应变率效应产生机制,对砾石和黏土混合备制的饱和砾石土心墙料,在应变率0.028～0.690 %/min范围内进行了不同围压下的固结不排水三轴压缩试验,定量地分析了三轴不排水抗剪强度的应变率效应。试验结果表明,不同的应变率下砾石土应力-应变曲线具有相似性;应变率增大10倍,不排水抗剪强度增大7.4%～29.9%;砾石土的应变率效应是剪切产生的孔隙水压力和土料本身黏滞性共同作用的结果,在不同的围压下二者发挥的程度不同     

循环荷载下饱和软黏土的动骨干曲线模型研究

通过饱和软黏土室内不排水动三轴试验,研究了循环周次和动应力幅值对土体动力特性的影响。结果表明,在循环荷载作用下,随着循环周次的增加,土体均存在不同程度的刚度软化现象。根据动应力幅值大小的不同,循环荷载作用下饱和软黏土的动应变发展形态可分为3种类型:稳定型、破坏型和临界型。根据动应力-应变关系曲线特点,提出了含动应力幅值、固结围压和循环周次等影响因素的动骨干曲线模型。该模型所得的拟合值与试验值比较吻合。与传统骨干曲线模型相比,该模型能够体现土体在循环荷载作用下的刚度软化特性,更加切合实际。